[发明专利]机器人及其手眼自动标定方法和系统

说明书

本发明提供了一种机器人及其手眼自动标定方法和系统，所述方法包括如下步骤：步骤S1：离线标定初始化工作；步骤S2：在线手眼关系精度判定；步骤S3：在线手眼关系精度更新。本发明快速判定机器人手眼精度是否满足要求，有利于机器人问题排查；本发明在线自动恢复机器人手眼精度，增强了机器人的稳定性；本发明免去了技术支持人员去现场标定机器人手眼关系的过程，减低了机器人的维护成本。

技术领域

本发明涉及图像处理、点云处理和移动机器人的技术领域，具体地，涉及机器人及其手眼自动标定方法和系统，尤其涉及一种机器人的手眼自动标定系统。

背景技术

近年来，3D视觉技术在移动机器人领域的应用不断普及。基于3D视觉技术引导的机械臂，能够灵活的适应不同的工作环境。通过3D视觉技术获取目标物体在相机坐标系下位姿，并将其转换到机器人坐标系下，从而指导机器人对目标物进行精确的操作。手眼标定是计算相机坐标系到机器人坐标系转换关系的技术方法，其中手表示机械臂，眼表示相机，手眼标定的精度影响了机器人最终动作的精度。移动机器人在工作中，难免会发生相机碰撞的情况，导致手眼关系的改变。此时不重新进行手眼标定，会导致机器人的动作不准确。重新进行手眼标定费时费力，不仅需要机器人停止当前的工作，还需要技术人员去现场进行处理。

在公开号为CN111482959A的专利文献中公开了一种自动确定手眼标定的运动参数，并且在最小的人为干预下执行标定过程的系统和方法。该系统和方法在预标定期间自动计算手眼标定运动参数和空间位置，使标定图案可以始终保持在视觉系统相机的整个视场内并覆盖视场，从而提供全自动手眼标定处理。该系统和方法有利于在基于机器人的手眼标定环境中工作，并能补偿标定目标和视场之间的悬臂效应。手眼标定计算从机器人坐标空间到相机坐标空间的转换。这大体避免了通过一组空间位置来手动移动机器人，相机随后在空间位置获取图像并将标定特征定位在每个位置的对象上，以建立机器人和相机之间的关系的需要。

针对上述中的技术问题，需要提出一种新的技术方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人及其手眼自动标定方法和系统。

根据本发明提供的一种机器人的手眼自动标定方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：离线标定初始化工作；

步骤S2：在线手眼关系精度判定；

步骤S3：在线手眼关系精度更新。

优选地，所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S1.1：初始离线手眼标定；离线使用视觉标定板，标定手眼关系，采用AX＝XB手眼标定方法，将标定的手眼变换矩阵记为T_{h2e_init},保存在机器人的控制设备中；

步骤S1.2：设置相机拍照位姿；调整机器人的姿态，使得相机清晰完整的看到底座上方的两个定位码，记下该状态下机器人的各个关节的角度，记为Q_n，记机械臂末端位姿矩阵T_e，分别保存在机器人的控制设备中；

步骤S1.3：计算定位码坐标系；采集RGBD图像，分别计算两个定位码的中心点坐标，并计算二维码所在平面的方程，构建两个定位码组成的坐标系，以右侧定位码的中心位原点，指向左侧定位码的中心为X轴，所在平面的法向量指向下方为Z轴，根据右手坐标系确定Y轴，计算该坐标系在相机坐标系下的变换矩阵为T_c1。

优选地，所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S2.1：相机运动到设定位姿；根据保存的关节角度Q_n，机械臂运动到该指定位姿；

步骤S2.2：计算定位码坐标系；计算定位码坐标系的过程同步骤S1.3，记定位码坐标系在相机坐标系下的齐次变换矩阵为T_c2；